Tài liệu Bài giảng kỹ thuật thông tin quang chương 2 - học viện cn bưu chính viễn thông

  • Số trang: 82 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 92 |
  • Lượt tải: 0
nguyen-thanhbinh

Đã đăng 10809 tài liệu

Mô tả:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG Fundamental of Optical Fiber Communications Giảng viên: Bộ ộ môn: Email: Th.S Đỗ Văn Việt Em – Th.S Phạm Quốc Hợp Thông g Tin Q Quang g – Khoa Viễn thông g2 emdvv@ptit.edu.vn, pqhop@ptithcm.edu.vn KỸ THUẬT THÔNG TIN QUANG CHƯƠNG 2 SỢI QUANG www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 2 NỘI DUNG CHƯƠNG 2 • Cấu trúc và phân loại sợi quang • Mô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quang • Truyền sóng ánh sáng trong sợi quang • Suy hao • Tán sắc trong sợi quang • Hiệu ứng phi tuyến • Một số loại sợi quang mới • Cáp sợi quang www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 3 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Cấu tạo sợi quang ƒ Sợi quang cơ bản gồm có 2 lớp: • Lõi (core): hình trụ, bán kính a, chiết suất n1 • Lớp bọc (cladding): hình trụ, bao quanh lõi, bán kính b (b>a), chiết suất n2 (n1> n2) ƒ Vật liệu chế tạo: chất điên môi (thuỷ tinh, plastic…) Lõi Lớp bọc www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 4 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Cấu tạo sợi quang (tt) ƒ Ngoài 2 lớp cơ bản, sợi quang còn được bảo vệ bởi hai lớ bên lớp bê ngoài: ài lớp lớ phủ hủ ((primary i coating) i ) và à lớp lớ vỏ ỏ (secondary coating) Lôùp voû 900 um Lôùp p phuû 250 um Lôùp boïïc 125 um Loõi 10/50 um www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 5 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Ánh sáng lan truyền trong sợi quang ƒ Ánh sáng truyền trong lõi sợi quang bằng cách phản xạ toàn à phần hầ qua llạii mặt ặ tiếp iế giáp iá giữa iữ lõi và à lớp lớ b bọc » Ánh sáng có thể truyền được trong sợi quang bị uốn cong với một độ cong giới hạn (thỏa điều kiện phản xạ toàn phần) θ > θc b a 0 n2 n n1 θ θ > θ’> θc θ θ’ a b www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 6 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số ƒ Điều kiện để một tia sáng chiếu tới đầu sợi quang với góc ó tới ới φ có ó thể hể truyền ề được đ trong lõi sợii quang?? φ3 < φ1=φc < φ2 φ1 φ3 φ2 3 θ2 α = 90o - θc θ1 θ3 > θ1=θc > θ2 θ3 Lõi (n1) Lớp bọc (n2) 1 2 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 7 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số (tt) ƒ Kết luận: Sự phản xạ toàn phần chỉ xảy ra đối với những tia i sáng á có ó góc ó tới ới ở đầu đầ sợii quang nhỏ hỏ hơn h góc ó tới ới hạn h φmax. ƒ Định nghĩa khẩu độ số: NA = sin θ max ƒ Ý nghĩa: g NA biểu diễn khả năng g ghép g p ánh sáng g vào trong sợi quang. 2 2 ƒ Công thức xác định NA: NA = n1 − n2 = n1 2Δ n12 − n22 độ chênh lệch chiết suất tương đối giữa lõi và lớp bọc Δ= 2 2n1 www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 8 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số (tt) ƒ Góc nhận ánh sáng bằng 2θ max θmax 2×θmax www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 9 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số (tt) ƒ Vùng nhận ánh sáng có dạng hình nón Vùng nhận ánh sáng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 10 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số (tt) ƒ Ví dụ 1 Một sợi quang SI có chiết suất lõi n1 = 1,50 và chiết suất lớp bọc n2 = 1,485. Hãy xác định khẩu độ số và góc nhận ánh sáng của sợi quang này. www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 11 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Khẩu độ số (tt) ƒ Giải ví dụ 1 2 2 Áp dụng công thức tính khẩu độ số: NA = n1 − n2 Thế giá trị các đại lượng vào ta được kết quả: NA = 1,52 − 1,46 2 = 0,21 A = sin i θ max ƒ Theo biểu ể thức định nghĩa: NA Suy ra: θ max = 12 0 www.ptit.edu.vn Hay góc nhận ánh sáng: 2θ max = 24 GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 12 0 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang ƒ Phân loại theo vật liệu chế tạo: • Sợi thủy tinh (All-glass fiber): lõi và lớp bọc bằng thuỷ tinh • Sợi plastic (All-plastic fiber): lõi và lớp bọc đều bằng plastic • Sợi ợ PCS ((Plastic-Cladded Silica): ) lõi bằng g thủyy tinh,, lớp p bọc ọ làm bằng nhựa www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 13 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang (tt) ƒ Phân loại theo dạng chiết suất của lõi: • • • • • Sợi Sợi Sợi ợ Sợi Sợi quang quang q quang g quang quang www.ptit.edu.vn có chiết suất nhảy bậc SI có chiết suất giảm dần GI giảm g chiết suất lớp p bọc ọ dịch tán sắc DSF (Dispersion-Shifted Fiber) san bằng tán sắc DFF (Dispersion-Flatened Fiber) GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 14 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang (tt) ƒ Sợi chiết suất bậc SI (Step-Index) • Dạng phân â bố ố chiết ế suất: ấ r≤a ⎧ n1 , n( r ) = ⎨ ⎩n2 , a ≤ r ≤ b n1 n2 b a 0 a b r • Các tia sáng truyền theo đường thẳng www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 15 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang (tt) ƒ Sợi GI: sợi quang có chiết suất giảm dần • Dạng phân â bố ố chiết ế suất: ấ parabol 2 ⎧ ⎡ r ⎛ ⎞ ⎤ ⎪n 1 − Δ ⎜ ⎟ ⎥ , r ≤ a n(r ) = ⎨ 1 ⎢⎢ ⎝ a ⎠ ⎥⎦ ⎣ ⎪n , a≤r ≤b ⎩ 2 • Các tia sáng truyền theo đường cong Æ Tại sao? www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 16 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang (tt) n(r) n(r) n(r) n1 n2 r r a2 a1 0 a1 a2 r r a3 a2 a1 0 a1 a2 r r a3 a4 Giaûm chiet Giam chieát suat suaát lôp lôùp boï bocc www.ptit.edu.vn Sôii dòch tan Sôï taùn sac saéc DSF a1 a3 a2 a3 0 a1 a2 a4 Sôii san bang Sôï baèng tan taùn sac saéc DFF GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 17 Cấu Trúc Và Phân Loại Sợi Quang • Phân loại sợi quang (tt) ƒ Phân loại theo số mode truyền trong sợi quang • Sợi đa mode: – Sợi SI, GI (G.651): – (50/125μm), (62.5/125μm), (100/140μm) • Sợi đơn mode SMF (Single-Mode Fiber) – Sợi đơn mode tiêu chuẩn SMF (G.652): » ((9/125 μ μm)) » Hệ số suy hao: 0.38 dB/km (λ=1310nm) và 0.2 dB/km (λ= 1550nm) » Hệ số tán sắc: bằng 0 tại λ=1310nm và 18ps/nm.km tại λ= 1550nm – Sợi DSF (G.653) • Sợi dịch tán sắc khác zero NZ-DSF (G.655) www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 18 Truyền Sóng Ánh Sáng Trong Sợi Quang • Cơ sở toán học ƒ Toán tử curl rot A = curl A = ix iy iz ∂ ∂ ∂ ∂x ∂y ∂z Ax Ay Az ƒ Toán tử del ∂ ∂ ∂ ∇ = ix . + i y . + iz . ∂x ∂y ∂z www.ptit.edu.vn GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 19 Truyền Sóng Ánh Sáng Trong Sợi Quang • Cơ sở toán học (tt) ƒ Tích hữu hướng của hai vector A và B ix iy iz A × B = Ax Ay Az ƒ Toán tử div: Suy ra: www.ptit.edu.vn r div A = ∇. A Bx B y Bz rot A = curl A = ∇ × A GIẢNG VIÊN: ĐỖ VĂN VIỆT EM - PHẠM QUỐC HỢP BỘ MÔN: THÔNG TIN QUANG – KHOA VIỄN THÔNG 2 Trang 20
- Xem thêm -